Earth
Chemia węglanowa oceanu
Przepuszczaj przez zlewkę wody morskiej na stole laboratorium powietrze o wybranym CO2 i patrz, jak wskaźnik zmienia barwę. Rozpuszczony węgiel i alkaliczność wody ustalają jej pH oraz udziały rozpuszczonego CO2, wodorowęglanu i jonu węglanowego, z opublikowanymi stałymi (Lueker, Dickson, Millero, Weiss, Mucci); współczynnik Revelle’a mówi, czemu ciśnienie CO2 wody rośnie dziesięć razy szybciej niż jej węgiel. Podnieś CO2 powietrza, a jon węglanowy spada, aż blisko czterech tysięcy mikroatmosfer woda nie utrzyma aragonitu: muszla na dnie zaczyna się rozpuszczać, a jej dwie jednostki alkaliczności na każdy węgiel buforują wodę z powrotem tuż poniżej nasycenia. Zimna woda o tej samej chemii ma mniej węglanu. Węgiel w wodzie, muszli i powietrzu jest zachowany do zaokrąglenia.
Co się dzieje
Kilogram wody morskiej z 2300 µmol/kg alkaliczności i 2000 rozpuszczonego węgla nieorganicznego w 25 °C i zasoleniu 35. pH w skali całkowitej rozwiązuje TA = DIC (K1 h + 2 K1 K2)/(h² + K1 h + K1 K2) + B_T K_B/(K_B + h) + K_w/h − h bisekcją, z K1 i K2 wg Lueker et al. (2000), K_B wg Dickson (1990), borem Uppströma, K_w wg Millero (1995), K0 wg Weiss (1974) i iloczynem aragonitu wg Mucci (1983). Wymiana gazowa relaksuje rozpuszczony CO2 do K0 pCO2_air; muszla z 2 g aragonitu rozpuszcza się z k (1 − Omega)^1.5, gdy Omega < 1, dodając jeden węgiel i dwie alkaliczności na jednostkę. RK4 co 1 min.
Co wypróbować
Podnieś CO2 powietrza i patrz, jak wskaźnik zmienia barwę; porównaj jon węglanowy w dwóch temperaturach; przepchnij wodę poza nasycenie i patrz, jak muszla się rozpuszcza i ją buforuje; odczytaj współczynnik Revelle’a.
Model i jego ograniczenia
Chemia równowagowa z opublikowanymi stałymi przy jednej atmosferze, bez biogenów, materii organicznej i kalcytu, jeden czas wymiany, skupione prawo rozpuszczania. Wartości należą do tej wyidealizowanej zlewki.
Równania modułu
Równania TA = DIC·(K1·h + 2K1·K2)/(h² + K1·h + K1·K2) + B_T·K_B/(K_B + h) + K_w/h − h pCO2 = [CO2]/K0, Ω = [Ca]·[CO3]/K_sp dDIC/dt = (K0·pCO2_air − [CO2])/τ + R, dTA/dt = 2R R = k·(m/m0)^(2/3)·(1 − Ω)^1.5 for Ω < 1, Revelle = (dp/p)/(dDIC/DIC)
